华电HD Semi PCT系列功率循环测试仪

HD Semi PCT系列及功率循环测试原理

功率半导体器件作为电力电子行业能源转换和控制的核心零部件之一，正逐步朝着高可靠性、高开关频率、高工作结温、高功率密度和小型化的趋势发展。功率器件分为分立器件和模块，主要应用在新能源汽车、工业变频、智能电网和轨道交通等领域。以新能源汽车和轨交为例，功率模块设计使用寿命一般为15年和30年，如何测试器件的可靠性和寿命模型？目前可行的测试方法即为加速寿命测试，公认最重要的可靠性测试之一就是功率循环测试。

功率循环测试原理

功率循环原理是通过加载周期性加热电流，使芯片产生工作损耗发热，造成芯片结温的周期性波动，模拟工作时模块内部各互连层的疲劳失效，以此来考察芯片自发热对可靠性的影响。

每个循环周期首先加载大电流使器件工作自发热，加热时间ton，随后切断加热电流打开测量用小电流，获得器件小电流下的饱和压降VCEsat，通过VCEsat和芯片结温的线性关系得到器件结温。在功率循环过程中通过器件大电流下的饱和压降VCE来表征器件键合线的连接状态，热阻Rth来表征焊料的连接状态

功率循环按加热等级分为秒级功率循环和分钟功率循环，对应的是靠近芯片的键合线老化失效和远离芯片的系统焊料层老化失效。

常规的功率循环试验流程如下：

华电半导体功率循环测试设备

HDSemi PCT系列的技术起源来自德国开姆尼兹工业大学（TU Chemnitz） Josef Lutz教授团队开发的多支路功率循环测试技术，受到英飞凌等欧洲大厂广泛接受。华北电力大学功率器件可靠性团队与Lutz教授团队通力合作，在中国实现了产业化，即HDSemi PCT系列。产品有如下特点：

1. 高可靠性：多支路拓扑结构通过切换支路间电流实现循环加热器件，因此负载电源得以保持恒定输出，尽管工作温度很高，但是没有因为导通关断带来的温度波动，保证电流源的长期使用寿命

2. 3倍测试效率：一条支路加热的同时可以冷却其他支路的器件，同样的测试条件可以测试3倍数量（相比于电源并联技术）的器件。每条支路负载电流都可以达到设备最大输出电流，有效提高测试效率

3. 低开通时间：得益于多支路并联和高效的水冷设计，设备加热时间可以做到很低，有利于秒级功率循环；降温时间为加热时间的2倍，可以有效带走器件热量；加热时间最小可以达到200ms，这是目前商业设备所能达到的最小开通间隔

4. 高灵活度：可根据测试条件设置器件连接方式，灵活配置ton和toff，使得降温时间等于加热时间，或2倍于加热时间，具体数值灵活可调

5. 严格满足AQG 324标准：对于电动汽车3相全桥模块需要考核全部六个开关，这种支路方式完全满足这类拓扑

（附）团队介绍

华北电力大学可靠性团队2013年与国网全球能源互联网研究院合作开发国产高压大功率压接型IGBT器件产品，后重点关注器件的可靠性测试方法、测试技术和失效机理。现有博士生6名，硕士生11名，仿真工作站3台。

烟台产业化落地，提供功率循环测试设备和第三方检测服务：

–器件封装可靠性

–器件高温可靠性

–器件特性和失效分析